Foram analisadas as principais propriedades ópticas do aerossol atmosférico a partir dos radiômetros da rede NASA/AERONET em três regiões de interesse: o Norte da Amazônia, a região do arco do desflorestamento, e a região do cerrado. A metodologia envolveu a obtenção da espessura óptica do aerossol (), distribuição de tamanho, albedo de espalhamento único (0), e outras propriedades com o uso de radiômetros CIMEL operados pela rede de fotômetros NASA/AERONET. Foram determinadas propriedades ópticas de aerossóis biogênicos naturais, bem como das emissões de queimadas. Observaram-se profundas modificações nas propriedades do aerossol durante a estação seca, como decorrência de emissões de queimadas. A profundidade óptica do aerossol, 500nm, aumentou de um valor de background de 0,15±0,13 durante a estação chuvosa, para valores médios diários da ordem de 2,5 a 3,5, o que indica uma atmosfera extremamente carregada de aerossóis na região do arco do desflorestamento. O coeficiente de Ångström, que expressa o tamanho das partículas, aumentou significativamente durante a estação de queimadas para altos valores de , indicando a predominância de partículas finas nessa época do ano, aumento esse que também é visto no volume da moda fina da distribuição de tamanho na região do arco do desflorestamento, com um pico no raio de 0,15 m. O aerossol biogênico natural está presente durante todo o ano, em todos os locais analisados. da região Amazônica. O aerossol produzido secundariamente na atmosfera, pela oxidação de compostos emitidos pela vegetação, contribui para o volume da moda fina, enquanto que as partículas primárias emitidas pela floresta contribuem para a moda grossa. Das propriedades intrínsecas do aerossol, observou-se que o albedo de espalhamento único do aerossol (0) tem valor médio de 0,920,03 nas estações do arco do desflorestamento. Em Cuiabá foi possível observar duas modas de valores de 0, uma correspondente ao aerossol natural do cerrado com valor de 0,84±0,05, e outra correspondente a queimadas de longa distância com valor de 0,92±0,03, compatível com as estações do arco do desflorestamento. O Norte da Amazônia foi caracterizado por aerossol extremamente espalhador, com albedo de 0,98±0,01 durante a estação chuvosa em Balbina. O impacto climático dos aerossóis foi quantificado através das inversões de forçante radiativa direta do aerossol da AERONET. A forçante radiativa instantânea no topo da atmosfera chegou a -100 W.m-2 na região do arco de desflorestamento. O valor de eficiência de forçante do aerossol na Amazônia variou entre 38,6 W.m-2.-1, em Alta Floresta, a 50,9 W.m-2.-1 em Belterra. Foi também realizada uma análise entre as medidas integradas na coluna atmosférica com medidas de concentração de aerossóis ao nível do solo. Nesse intuito, estudou-se a relação da profundidade óptica do aerossol obtida pelos radiômetros da AERONET e a concentração de material particulado fino, MP2,5 obtida ao nível do solo. A regressão linear encontrada foi de MP2,5 = (37±2)500 + (5±2) em unidades de [g.m-3] para a região do arco do desflorestamento, e MP2,5 = (30,7±1,3)500 + (0,08±0,40) nas mesmas unidades, para a região de Belterra. A validação feita com obtido independentemente pelo sensor MODIS mostrou que a relação é adequada para o arco do desflorestamento e a profundidade óptica do aerossol obtida por ambos os métodos pode ser usada alternativamente para estudos de efeitos de material particulado na saúde humana. / This work has analyzed the main optical properties of atmospheric aerosol particles in three regions of interest: the Northern Amazon region, the arc of deforestation and the Brazilian cerrado. The methodology involved the measurement of aerosol optical thickness (), size distribution, single scattering albedo (0), and other properties with the use of CIMEL radiometers that are part of a sun-photometer network operated by AERONET/NASA. It was determined the optical properties of natural biogenic aerosols as well as emissions from biomass burning. We observed large changes in the physical properties of aerosols during the dry season, as a result of emissions from fires. The aerosol optical depth at 500nm, 500nm increased from a background value of 0.15 ± 0.13 during the wet season for the daily average values of 2.5 to 3.5, indicating a highly loaded atmosphere in the region of the arc of deforestation. The Ångström coefficient, which indicates the particle size, increased significantly during the burning season for high values of , indicating the predominance of fine particles in this season. This increase due to biomass burning is also observed in the volume size distribution, with a large peak centered at a radius of 0.15 m. The natural biogenic aerosol is present throughout the year in all locations studied in the Amazon region with similar properties. The secondary organic aerosol produced in the atmosphere by oxidation of compounds emitted by the vegetation contributes to the volume of fine mode, while the primary particles emitted by the forest contribute to the coarse mode. The intrinsic properties of the aerosol were also analyzed. It was observed that the single scattering albedo of the aerosol (0) has an average value of 0.92 0.03 in the stations close to the region of the arc of deforestation. In Cuiabá it was possible to observe two modes in the distribution of 0, corresponding to a natural aerosol from the cerrado with an average value of 0.84 ± 0.05, and other mode corresponding to fires from long range transport with a relatively high value of 0.92 ± 0.03, consistent with the measurements at the arc of deforestation. The northern Amazon region was characterized by extremely scattering aerosols with albedo of 0.98 ± 0.01 during the rainy season in Balbina. The climate impact of aerosols was characterized by aerosol direct radiative forcing from inversions calculations by AERONET. The instantaneous radiative forcing at the top of the atmosphere reached a very high -100 Wm-2 in the region of the arc of deforestation. The value of the aerosol forcing efficiency in the Amazon ranged from -38.6 Wm-2.-1 in Alta Floresta, to -50.9 Wm-2.-1 in Belterra, compatible with measurements using other methods. This work also has done an analysis of the comparison between 500nm column measurements from AERONET and ground based aerosol concentrations. It was studied in detail the relationship of the aerosol optical depth obtained by the AERONET radiometers with the concentration of fine particulate matter, PM2.5 obtained at ground level in several sites in Amazonia. We found a statistically significant correlation and it was derived a linear regression of PM2.5 = (37±2) AOD500 + (5±2) in g/m³ in the region of the deforestation arc calculated from data in the period of 2001-2006. In addition, estimates from MODIS aerosol optical depth was used to calculate ground based PM2.5 concentrations, with statistically significant agreement. This technique is very useful to assess health effects of aerosols in Amazonia.

INTRODUÇÃO: O tratamento da fibrose cística (FC) envolve o uso de medicamentos fornecidos através de nebulizadores e seu funcionamento adequado é essencial. OBJETIVOS: Avaliar o desempenho de nebulizadores a jato utilizados por pacientes com FC e comparar dois manômetros para avaliação dos compressores. MÉTODOS: Estudo descritivo, transversal, de avaliação dos nebulizadores usados pelos pacientes com FC da Associação Mineira de Assistência a Mucoviscidose. Os pacientes trouxeram compressores (Proneb Ultra®) e nebulizadores (Pari LC plus®) para avaliação. O desempenho do compressor foi avaliado por medidas de pressão operacional através dos manômetros PARI PG101® (PARI GmbH, Starnberg, Alemanha) e FSA analógico (Famabras, Itaquaquecetuba, Brasil).As variáveis de eficiência do nebulizador foram: O débito de volume nebulizado (DVN), taxa de oferta da medicação (TOR) e volume residual (VR) foram calculados por diferenças de peso de cada nebulizador após 10 minutos de nebulização de solução salina (2,5ml). O diâmetro médio de massa da partícula (DMM) foi calculado através da equação proposta por Standaert et al. A análise estatística incluiu o pacote R (v.2.15) e MINITAB, com alfa=0,05. O coeficiente Kappa foi calculado para avaliar concordância de valores entre os equipamentos, e curva ROC construída para calcular o valor aferido no manômetro FSA com melhor sensibilidade/especificidade, utilizando o manômetro PARI PG101® como referência. A associação entre valores de pressão, DVN, TOR e VR foi calculada pela correlação de Spearman. RESULTADOS: Avaliados 146 sistemas com tempo mediano de uso de 32(12-60) meses±36 meses. Cinquenta e sete (39%) não funcionaram adequadamente, com valores pressóricos inferiores à metade da referência. Os sistemas com funcionamento inadequado comprometeram as variáveis de eficiência dos nebulizadores A concordância entre os diferentes métodos de avaliação de acordo com a classificação; com funcionamento adequado e inadequado através do coeficiente Kappa foi 0,81(IC95%- 0,65-0,97), p<0,001. Na avaliação da sensibilidade e especificidade foi observado o ponto de corte de 23,5 PSI no manômetro FSA mostrou sensibilidade=99% e especificidade=79% (p<0,001). Houve associação significativa entre DVN, VR e pressões aferidas. CONCLUSÕES: Uma proporção significativa dos sistemas de nebulização não funcionou adequadamente. As variáveis de eficiência da nebulização estavam comprometidas indicando que a pressão gerada no compressor é um aspecto crítico na eficiência do tratamento. O método alternativo da avaliação dos compressores se apresentou adequado para ser utilizado nos compressores utilizados no tratamento da FC. / INTRODUCTION: Cystic fibrosis (CF) treatment of involves the use of medications supplied through nebulizers and their proper functioning is essential. OBJECTIVES: To evaluate the performance of jet nebulizers used by CF patients and to compare two pressure gauges Compressors evaluation. METHODS: This was a descriptive, cross - sectional study of the nebulizers used by patients with CF of the Mucoviscidosis Care Association of Minas Gerais. The patients brought compressors (Proneb Ultra®) and nebulizers (Pari LC plus®) for evaluation. The performance of the compressor was evaluated by operating pressure measurements using PARI PG101® manometers (PARI GmbH, Starnberg, Germany) and analog FSA (Famabras, Itaquaquecetuba, Brazil). The variables of efficiency of nebulization under study were: nebulizer delivery volume (NDV), drug output rate (DOR), and residual volume (RV), which were calculated by weighing each nebulizer before nebulization and 10 minutes after nebulization using a saline solution (2.5 mL). The mass median diameter (MMD) was calculated using the equation proposed by Standaert et al. Statistical analysis included the package R (v.2.15) and MINITAB, with alpha = 0.05. The Kappa coefficient was calculated to evaluate agreement of values between the equipment\'s, and ROC curve constructed to calculate the value measured in the FSA manometer with better sensitivity / specificity, using the PARI PG101® manometer as reference. The association between pressure values, NDV, DOR and RV was calculated by the Spearman correlation. RESULTS: We evaluated 146 systems with a median time of use of 32 (12-60) months ± 36 months. Fifty-seven (39%) did not function properly, with pressure values lower than half the reference. The systems with inadequate functioning compromised the efficiency variables of the nebulizers. The agreement between the different evaluation methods according to the classification; with adequate and inadequate functioning through the Kappa coefficient was 0.81 (95% CI -0.65-0.97), p <0.001. In the evaluation of sensitivity and specificity, the cut-off point of 23.5 PSI on the FSA manometer showed sensitivity = 99% and specificity = 79% (p <0.001). There was a significant association between NDV, DOR, RV and measured pressures. CONCLUSIONS: A significant number of the nebulizer systems were ineffective. The variables of nebulization efficiency were compromised, which indicated that the pressure generated by the compressor was a critical aspect for treatment efficiency. The alternative method of compressors evaluation was suitable for use in CF treatment routine.

A cobertura de nuvens e os aerossóis são os dois principais fatores que modulam a energia solar que atinge a superfície e é absorvida pela atmosfera. Esses dois fatores, portanto, têm um papel essencial no clima do planeta. Há atualmente um interesse nos efeitos radiativos dos aerossóis, particularmente por causa da atividade antrópica, que aumenta sua concentração na atmosfera, e por sua íntima relação com a formação de nuvens. Partículas que podem ser ativadas e ganhar água para se tornarem nevoeiro ou gotas de nuvens, na presença de supersaturação de vapor de água, são chamadas de Núcleo de Condensação de Nuvens. O estudo das partículas que aumentam de tamanho com o ganho de água conforme aumenta a umidade relativa (higroscopicidade) torna-se então de fundamental importância no entendimento da contribuição dos aerossóis na regulação do clima do planeta. O LIDAR é um instrumento promissor no estudo da higroscopicidade dos aerossóis atmosféricos, porque pode operar em ambiente não perturbado e em condições muito próximas da saturação. O LIDAR Raman apresenta a vantagem de poder obter o perfil de vapor de água e retroespalhamento de aerossóis no mesmo volume atmosférico e sem nenhuma suposição a priori a respeito da razão LIDAR Este trabalho objetiva avaliar o crescimento higroscópico do material particulado urbano em São Paulo, Brasil, e em Washington, D.C, Estados Unidos durante a campanha NASA-Discover-AQ com o uso da técnica LIDAR Raman, obtendo o fator de crescimento por higroscopicidade. Apesar da metodologia que se baseia na determinação de uma atmosfera bem misturada com o uso de radiossondagem já ter sido utilizada na literatura, este trabalho acrescenta importantes informações, já que não se tem notícias de outros estudos extensos com múltiplos casos feitos com o LIDAR Raman para avaliação de higroscopicidade nos Estados Unidos, bem como é a primeira vez que este estudo é feito em São Paulo, como resultado de três anos de aquisição de dados. Os resultados mostram que é possível identificar o crescimento higroscópico dos aerossóis em ambas os ambientes de estudo, cuja detecção depende de condições atmosféricas que estão raramente presentes, tornando o estudo da higroscopicidade com o LIDAR um desafio que exige uma extensa coleta de dados. Mostram ainda que a determinação da origem e o estudo conjugado das propriedades químicas da população de aerossóis são informações que auxiliariam no entendimento do comportamento higroscópico, aprofundamentos estes que podem ser derivados deste trabalho. / The cloud cover and aerosols are two main factors that modulate the solar energy that reaches the surface and is absorbed by the atmosphere. These two factors therefore have a key role in global climate. There is currently an interest in the radiative effects of aerosols, particularly because of human activity, increasing its concentration in the atmosphere, and its close relationship with cloud formation Particles that can be activated and gain water to form fog or cloud droplets in the presence of water vapor supersaturation, are called Cloud Condensation Nucleus. The study of particles that increase in size because of the uptake of water under increasing relative humidity conditions (hygroscopicity) then becomes of fundamental importance in understanding the contribution of aerosols in regulating the global climate. The LIDAR is a promising tool in the study of hygroscopic properties of atmospheric aerosols, because it can operate in undisturbed environment and much close to saturation conditions. The Raman LIDAR has the advantage of being able to obtain the profile of water vapor and aerosol backscatter at the same atmospheric volume and no a priori assumption of the LIDAR ratio. This study aims to evaluate the hygroscopic growth of urban particulate matter in Sao Paulo, Brazil, and Washington, DC, United States during the NASA-Discover-AQ campaign using the technique Raman LIDAR, getting the growth factor by hygroscopicity . Although the methodology - which is based on determination of a well-mixed atmosphere using radiosonde - have already been described in the literature, this work adds important information, since they do not have other news with multiple cases extensive studies made with the LIDAR Raman hygroscopicity for evaluation in the United States, and is the first time that this study is done in São Paulo, as a result of three years of data acquisition. The results show that it is possible to identify the hygroscopic growth of aerosol in both environments, whose detection depends on atmospheric conditions that are rarely present, making the study of hygroscopic properties with LIDAR a challenge that requires extensive data collection. Also, show that the determination of origin and the combined study of chemical properties of the population of aerosols would assist in the understanding of hygroscopic behavior.

INTRODUÇÃO: O tratamento da fibrose cística (FC) envolve o uso de medicamentos fornecidos através de nebulizadores e seu funcionamento adequado é essencial. OBJETIVOS: Avaliar o desempenho de nebulizadores a jato utilizados por pacientes com FC e comparar dois manômetros para avaliação dos compressores. MÉTODOS: Estudo descritivo, transversal, de avaliação dos nebulizadores usados pelos pacientes com FC da Associação Mineira de Assistência a Mucoviscidose. Os pacientes trouxeram compressores (Proneb Ultra®) e nebulizadores (Pari LC plus®) para avaliação. O desempenho do compressor foi avaliado por medidas de pressão operacional através dos manômetros PARI PG101® (PARI GmbH, Starnberg, Alemanha) e FSA analógico (Famabras, Itaquaquecetuba, Brasil).As variáveis de eficiência do nebulizador foram: O débito de volume nebulizado (DVN), taxa de oferta da medicação (TOR) e volume residual (VR) foram calculados por diferenças de peso de cada nebulizador após 10 minutos de nebulização de solução salina (2,5ml). O diâmetro médio de massa da partícula (DMM) foi calculado através da equação proposta por Standaert et al. A análise estatística incluiu o pacote R (v.2.15) e MINITAB, com alfa=0,05. O coeficiente Kappa foi calculado para avaliar concordância de valores entre os equipamentos, e curva ROC construída para calcular o valor aferido no manômetro FSA com melhor sensibilidade/especificidade, utilizando o manômetro PARI PG101® como referência. A associação entre valores de pressão, DVN, TOR e VR foi calculada pela correlação de Spearman. RESULTADOS: Avaliados 146 sistemas com tempo mediano de uso de 32(12-60) meses±36 meses. Cinquenta e sete (39%) não funcionaram adequadamente, com valores pressóricos inferiores à metade da referência. Os sistemas com funcionamento inadequado comprometeram as variáveis de eficiência dos nebulizadores A concordância entre os diferentes métodos de avaliação de acordo com a classificação; com funcionamento adequado e inadequado através do coeficiente Kappa foi 0,81(IC95%- 0,65-0,97), p<0,001. Na avaliação da sensibilidade e especificidade foi observado o ponto de corte de 23,5 PSI no manômetro FSA mostrou sensibilidade=99% e especificidade=79% (p<0,001). Houve associação significativa entre DVN, VR e pressões aferidas. CONCLUSÕES: Uma proporção significativa dos sistemas de nebulização não funcionou adequadamente. As variáveis de eficiência da nebulização estavam comprometidas indicando que a pressão gerada no compressor é um aspecto crítico na eficiência do tratamento. O método alternativo da avaliação dos compressores se apresentou adequado para ser utilizado nos compressores utilizados no tratamento da FC. / INTRODUCTION: Cystic fibrosis (CF) treatment of involves the use of medications supplied through nebulizers and their proper functioning is essential. OBJECTIVES: To evaluate the performance of jet nebulizers used by CF patients and to compare two pressure gauges Compressors evaluation. METHODS: This was a descriptive, cross - sectional study of the nebulizers used by patients with CF of the Mucoviscidosis Care Association of Minas Gerais. The patients brought compressors (Proneb Ultra®) and nebulizers (Pari LC plus®) for evaluation. The performance of the compressor was evaluated by operating pressure measurements using PARI PG101® manometers (PARI GmbH, Starnberg, Germany) and analog FSA (Famabras, Itaquaquecetuba, Brazil). The variables of efficiency of nebulization under study were: nebulizer delivery volume (NDV), drug output rate (DOR), and residual volume (RV), which were calculated by weighing each nebulizer before nebulization and 10 minutes after nebulization using a saline solution (2.5 mL). The mass median diameter (MMD) was calculated using the equation proposed by Standaert et al. Statistical analysis included the package R (v.2.15) and MINITAB, with alpha = 0.05. The Kappa coefficient was calculated to evaluate agreement of values between the equipment\'s, and ROC curve constructed to calculate the value measured in the FSA manometer with better sensitivity / specificity, using the PARI PG101® manometer as reference. The association between pressure values, NDV, DOR and RV was calculated by the Spearman correlation. RESULTS: We evaluated 146 systems with a median time of use of 32 (12-60) months ± 36 months. Fifty-seven (39%) did not function properly, with pressure values lower than half the reference. The systems with inadequate functioning compromised the efficiency variables of the nebulizers. The agreement between the different evaluation methods according to the classification; with adequate and inadequate functioning through the Kappa coefficient was 0.81 (95% CI -0.65-0.97), p <0.001. In the evaluation of sensitivity and specificity, the cut-off point of 23.5 PSI on the FSA manometer showed sensitivity = 99% and specificity = 79% (p <0.001). There was a significant association between NDV, DOR, RV and measured pressures. CONCLUSIONS: A significant number of the nebulizer systems were ineffective. The variables of nebulization efficiency were compromised, which indicated that the pressure generated by the compressor was a critical aspect for treatment efficiency. The alternative method of compressors evaluation was suitable for use in CF treatment routine.

Les particules d'aérosol sont importantes en raison de leurs impacts directs et indirects sur le climat. Dans la couche limite (CL), ces particules ont une durée de vie relativement courte en raison de leur élimination fréquente par dépôt humide. En revanche, lorsque les aérosols sont transportés dans la troposphère libre (TL), leur durée de vie dans l'atmosphère augmente de manière significative, ce qui les rend représentatifs de vastes zones spatiales. Dans le cadre de ces travaux de thèse, nous avons utilisé une combinaison de mesures in situ effectuées à la station PUY (Puy de Dôme, 45 ° 46 'N, 2 ° 57'E, 1465 m d'altitude), ainsi que des profils LIDAR obtenus depuis Clermont-Ferrand pour identifier les conditions de TL et caractériser davantage les propriétés physiques et chimiques des aérosols dans cette zone de l'atmosphère peu documentée. Dans un premier temps, une combinaison de quatre critères a été utilisée pour déterminer le positionnement de la station PUY en TL ou en CL. Les résultats montrent que la station est située en CL avec des fréquences allant de 50% en hiver à 97% en été. Cette classification a ensuite été utilisée pour évaluer, sur un an de mesures, les différences qui existent entre la TL et la CL en termes de caractéristiques physique (distribution en taille) et chimique (fraction non réfractaire) de l’aérosol, et vis-à-vis des concentrations en carbone suie (BC). Sur la base de cette ségrégation, nous avons observé pour la plupart des saisons que les concentrations en particules des modes Aitken et accumulation ainsi que la concentration en BC sont plus élevées dans la CL que dans la TL. Cette observation est cohérente avec le fait que la majorité des sources d’aérosol sont situées dans la CL. Au contraire, des concentrations plus élevées en particules dans les modes Aitken et accumulation (notamment organiques) et en BC sont observées en TL au printemps. Ces aérosols organiques ont été identifiés comme étant âgés / moins âgés ; ils coïncident avec la présence de fortes concentrations en sulfate et en BC et sont probablement originaires de processus de combustion de biomasse, à la suite desquels ils sont directement injectés en TL sous l’effet d’une convection thermique intense. Aucune différence significative entre les concentrations de CL et de TL n'a été observée pour les particules du mode nucléation, et ce quelle que soit la saison, ce qui suggère une source supplémentaire continue de particules du mode nucléation dans la TL en hiver et en automne. Les concentrations en particules du mode grossier sont en revanche plus élevées dans la TL que dans la CL pour toutes les saisons, et en particulier en été. Cela indique un transport longue distance efficace des grosses particules dans la TL depuis des sources lointaines (marines et désertiques), probablement favorisé par les vitesses de vent accrues dans la TL par rapport à la CL. Nous avons ensuite calculé les rétro-trajectoires des masses d'air que nous avons combinées aux estimations de hauteur de couche limite du modèle ECMWF ERA-Interim pour estimer le temps passé par les masses d’air dans la TL depuis leur dernier contact avec la CL, et pour évaluer l'impact de ce paramètre sur les propriétés des aérosols. Nous avons observé que même après 75 heures sans aucun contact avec la CL, les aérosols de la TL conservent les propriétés spécifiques du type de masse d'air auquel ils appartiennent. Ce manuscrit présente également une étude des mesures simultanées au PUY et à une station urbaine à basse altitude, AtmoAura. Les résultats montrent que lorsque le PUY est en TL, les concentrations des PM1 (particules de diamètre inférieur à 1 µm) sont plus faibles au PUY qu’à AtmoAura, ce qui confirme notre classification. Lorsque le PUY est en CL, la composition en aérosol est similaire pour les deux sites, ce qui a permis de quantifier la contribution de la pollution urbaine locale issue de la ville de Clermont-Ferrand. / Aerosol particles are important due to their direct and indirect impacts on climate. Within the planetary boundary layer (BL), these particles have a relatively short lifetime due to their frequent removal process by wet deposition. When aerosols are transported into the free troposphere (FT), their atmospheric lifetime increases significantly, making them representative of large spatial areas. In this work, we use a combination of in situ measurements performed at the high altitude PUY (Puy de Dôme, 45°46’ N, 2°57’E, 1465 m asl) station, together with LIDAR profiles at Clermont-Ferrand for characterizing FT conditions, and further characterize the physical and chemical properties of aerosol in this poorly documented area of the atmosphere. First, a combination of four criteria was used to identify whether the PUY station lies within the FT or within the BL. Results show that the PUY station is located in BL with frequencies ranging from 50% during the winter, up to 97% during the summer. Then, the classification is applied to a year-long dataset of particle size distribution and NR-PM1 data’s to study the differences in particle physical and chemical characteristics and BC concentrations between the FT and the BL. Based on this segregation, we observed higher concentrations in the BL compared to FT for BC, Aitken and accumulation mode particle concentrations for most seasons, as expected from larger sources originating from the surface. However, BC, Aitken mode, accumulation mode and organic aerosols concentrations were higher in the FT compared to BL during spring. These organic aerosols were identified as aged/less aged, and were correlated with sulphate and BC and we suspect that the higher concentrations of particles observed in the FT compared to BL during spring originate from direct injection of BB aerosols in the FT through strong heat convection. No significant difference between the BL and the FT concentrations was observed for the nucleation mode particles for all seasons, suggesting a continuous additional source of nucleation mode particles in the FT during winter and autumn. Coarse mode particle concentrations were found higher in the FT than in the BL for all seasons and especially during summer. This indicates an efficient long-range transport of large particles in the FT from distant sources (marine and desert) due to higher wind speeds in the FT compared to BL. For FT air masses, we used 204-h air mass back-trajectories combined with boundary layer height estimations from ECMWF ERA-Interim to assess the time they spent in the FT since their last contact with the BL and to evaluate the impact of this parameter on the aerosol properties. We observed that even after 75 h without any contact with the BL, FT aerosols preserve specific properties of their air mass type. This manuscript is also presenting a study of simultaneous measurements at PUY and an urban low altitude station AtmoAura. Results show that when the PUY is influenced by FT air masses, the PM1 species are lower at the PUY compared to AtmoAura confirming our classification. When the PUY is predicted to lay within the BL, the aerosol composition was similar among the two sites for several species, which allowed for a quantification of the local urban pollution contribution for the species enhanced within the city of Clermont-Ferrand.

Extrapolating the properties of individual carbon nanotubes (CNTs) into macro-scale CNT materials using a continuous and cost effective process offers enormous potential for a variety of applications. The floating catalyst chemical vapour deposition (FCCVD) method discussed in this dissertation bridges the gap between generating nano- and macro-scale CNT material and has already been adopted by industry for exploitation. A deep understanding of the phenomena that occur within the FCCVD reactor and how to control the formation of the catalyst nanoparticles is, therefore, essential to producing a desired CNT product and successfully scaling up the FCCVD process. This dissertation connects information on the decomposition of reactants, axial catalyst nanoparticle dynamics and the morphology of the resultant CNTs and demonstrates how these factors are strongly related to the temperature and chemical availability of reactants within the reactor. For the first time, in-situ measurements of catalyst particle size distributions paired with reactant decomposition profiles and detailed axial SEM studies of formed CNT materials revealed specific temperature domains that have important implications for scaling up the FCCVD process. A novel observation was that the evaporation and re-condensation of catalyst nanoparticles results in the formation, disappearance and reformation of the nanoparticles along the reactor axis. The combined influences of pyrolytic carbon species and catalytic nanoparticles are shown to influence CNT aerogel formation. This work also examines the source of carbon in the formed CNTs and the location of aerogel formation. Axial measurements using isotopically-labelled methane (C13H4) demonstrate that carbon within all CNTs is primarily derived from CH4 rather than some of the early-forming CNTs being predominantly supplied with carbon from decomposed catalytic precursor components. Quantification of CNT production along the axis of the reactor dispels the notion that injection parameters influence CNT formation and shows that bulk CNT formation occurs near the reactor exit regardless of the carbon source (CH4, toluene or ethanol). By supplying carbon to different reactor locations, it was discovered that CNT aerogel formation will occur even when carbon is delivered near the exit of the reactor provided the carbon source reaches a temperature sufficient to induce pyrolysis (>1000°C). Furthermore, experimental studies that identify a new role of sulphur (S) in the CNT formation process are discussed in this work. Analogous to effects observed in other aerosol systems containing S, in the FCCVD reactor, S lowers the nucleation barrier of the catalyst nanoparticles and enhances not only CNT growth but catalyst particle formation itself. The new concept of critical catalyst mass concentration for CNT aerogel formation was identified by implementing the novel approach of completely decoupling catalyst particle formation from CNT aerogel production. Rather than aerogel formation being dependent on a critical particle number concentration and ideal sized catalyst nanoparticles at the entrance of the reaction furnace, it was identified that the important metric is instead a minimum critical catalyst mass concentration. Application of the principle using other catalyst precursors such as cobaltocene, with continuous CNT aerogel formation from cobalt based catalyst nanoparticles being reported for the first time, and iron-based nanoparticles from a spark generator, provides proof of the new principle’s robustness and ubiquity. In addition to the experimental studies above, theoretical studies have been carried out to understand the agglomeration occurring in a CNT aerosol. The agglomeration eventually leads to a gas phase synthesized CNT aerogel at the end of the reactor, which can be collected and spun continuously. The results of this work are not only scientifically interesting, they also provide a strong foundation for further research aimed at optimizing and controlling large-scale CNT reactors by modifying downstream dynamics.

Neste estudo foi feita uma detalhada caracterização das propriedades óticas de partículas de aerossóis biogênicos, de poluição urbana e de queimadas na bacia Amazônia. Foram utilizadas diferentes abordagens, incluindo medidas in-situ e por sensoriamento remoto em várias localidades. Radiômetros solares da rede AERONET e instrumentos de medida de absorção (Aetalômetros e MAAP) e espalhamento (Nefelômetros) foram utilizados no experimento GoAmazon2014/5 que estudou o efeito das emissões urbanas de Manaus nas propriedades de aerossóis. Em regiões impactadas pela queima de biomassa, a forçante radiativa foi quantificada através de medidas da AERONET, separando as contribuições de carbono orgânico (OC) e elementar (EC). Com base apenas nas propriedades óticas dos aerossóis, foi feita uma análise qualitativa dos tipos de aerossóis dominantes durante a queima de biomassa na Amazônia, avaliando seus impactos no balanço radiativo. O OC emitido nas queimadas tem forte efeito de resfriamento no topo da atmosfera, com uma forçante radiativa de -53 ± 17 W/m². O EC é altamente absorvedor e, apesar de estar presente em menor quantidade que o OC, apresenta um forte efeito na forçante radiativa no topo da atmosfera, tornando-a significativamente menos negativa, com efeitos de até -12 ± 9 W/m². As propriedades de absorção e espalhamento associadas com as emissões urbanas da cidade de Manaus foram analisadas. Uma significativa diferença na componente de absorção da profundidade ótica foi observada entre dois sítios localizados vento acima e vento abaixo da pluma urbana. O efeito da absorção é notável principalmente na estação chuvosa, mas também pode ser observado com as plumas de queimadas na estação seca. A partir de medidas in-situ, foi observado que o albedo de espalhamento simples (SSA) médio diminui de 0,92 ± 0,06 antes de Manaus para 0,83 ± 0,11 na região impactada pela pluma urbana durante a estação chuvosa. Medidas in-situ do coeficiente de absorção do particulado PM10 foram realizadas em paralelo com o PM2.5 durante a estação chuvosa na reserva ZF2 para análise da absorção de partículas grossas biogênicas. Em condições de dominância do particulado biogênico, a absorção em 880 nm do PM10 é cerca de 10% superior à absorção do PM2.5 no mesmo comprimento de onda, inferindo a absorção da radiação por partículas biogênicas na moda grossa. / In this study, a detailed characterization of aerosol optical properties for the biological, urban pollution and biomass burning aerosols was performed in the Amazon basin. A number of different approaches were used, including in-situ and remote sensing measurements in several locations. As part of the GoAmazon2014/5 experiment, solar radiometers from AERONET Network and in-situ instruments measuring absorption (Aethalometers and MAAP) and scattering coefficients (Nephelometers) were used to assess the effect of Manaus urban emissions on the aerosol properties. In regions heavily affected by the biomass burning events, the radiative forcing retrieved by AERONET was quantified, separating the contributions of organic carbon (OC) and elemental (EC). Based exclusively on the aerosol optical properties, a qualitative analysis of the dominant aerosol types was performed in the Amazon, assessing its impact on the radiative balance. The OC emitted from biomass burn has strong cooling effect at the top of the atmosphere, presenting an instantaneous radiative forcing of -53 ± 17 W/m². The EC is highly absorbing and, despite its lower concentration compared to the OC, showed a strong effect on the instantaneous radiative forcing at the top of the atmosphere, making it significantly less negative, with an effect up to -12 ± 9 W/m². The absorption and scattering properties associated with the urban emissions from the Manaus city were analyzed. A significant difference on the absorption optical depth was observed between two sites located upwind and downwind of the urban plume, respectively. The effect of absorption is particularly remarkable in the rainy season, but can also be observed with the biomass burning plumes during the dry season. In-situ measurements showed that the averaged single scattering albedo (SSA) decreased from 0.92 ± 0.06 upwind to 0.83 ± 0.11 downwind of Manaus urban plume during the wet season. In-situ measurements of the spectral absorption coefficient of PM10 cut size were performed in parallel with the PM2.5 during the wet season at ZF2 reserve in order to study the light absorption by biological coarse particles. In atmospheric conditions with the dominance of biological particles, the PM10 absorption at 880 nm is up to 10 % higher than the PM2.5 absorption at the same wavelength, inferring the absorption of radiation by coarse mode biological particles.

A cobertura de nuvens e os aerossóis são os dois principais fatores que modulam a energia solar que atinge a superfície e é absorvida pela atmosfera. Esses dois fatores, portanto, têm um papel essencial no clima do planeta. Há atualmente um interesse nos efeitos radiativos dos aerossóis, particularmente por causa da atividade antrópica, que aumenta sua concentração na atmosfera, e por sua íntima relação com a formação de nuvens. Partículas que podem ser ativadas e ganhar água para se tornarem nevoeiro ou gotas de nuvens, na presença de supersaturação de vapor de água, são chamadas de Núcleo de Condensação de Nuvens. O estudo das partículas que aumentam de tamanho com o ganho de água conforme aumenta a umidade relativa (higroscopicidade) torna-se então de fundamental importância no entendimento da contribuição dos aerossóis na regulação do clima do planeta. O LIDAR é um instrumento promissor no estudo da higroscopicidade dos aerossóis atmosféricos, porque pode operar em ambiente não perturbado e em condições muito próximas da saturação. O LIDAR Raman apresenta a vantagem de poder obter o perfil de vapor de água e retroespalhamento de aerossóis no mesmo volume atmosférico e sem nenhuma suposição a priori a respeito da razão LIDAR Este trabalho objetiva avaliar o crescimento higroscópico do material particulado urbano em São Paulo, Brasil, e em Washington, D.C, Estados Unidos durante a campanha NASA-Discover-AQ com o uso da técnica LIDAR Raman, obtendo o fator de crescimento por higroscopicidade. Apesar da metodologia que se baseia na determinação de uma atmosfera bem misturada com o uso de radiossondagem já ter sido utilizada na literatura, este trabalho acrescenta importantes informações, já que não se tem notícias de outros estudos extensos com múltiplos casos feitos com o LIDAR Raman para avaliação de higroscopicidade nos Estados Unidos, bem como é a primeira vez que este estudo é feito em São Paulo, como resultado de três anos de aquisição de dados. Os resultados mostram que é possível identificar o crescimento higroscópico dos aerossóis em ambas os ambientes de estudo, cuja detecção depende de condições atmosféricas que estão raramente presentes, tornando o estudo da higroscopicidade com o LIDAR um desafio que exige uma extensa coleta de dados. Mostram ainda que a determinação da origem e o estudo conjugado das propriedades químicas da população de aerossóis são informações que auxiliariam no entendimento do comportamento higroscópico, aprofundamentos estes que podem ser derivados deste trabalho. / The cloud cover and aerosols are two main factors that modulate the solar energy that reaches the surface and is absorbed by the atmosphere. These two factors therefore have a key role in global climate. There is currently an interest in the radiative effects of aerosols, particularly because of human activity, increasing its concentration in the atmosphere, and its close relationship with cloud formation Particles that can be activated and gain water to form fog or cloud droplets in the presence of water vapor supersaturation, are called Cloud Condensation Nucleus. The study of particles that increase in size because of the uptake of water under increasing relative humidity conditions (hygroscopicity) then becomes of fundamental importance in understanding the contribution of aerosols in regulating the global climate. The LIDAR is a promising tool in the study of hygroscopic properties of atmospheric aerosols, because it can operate in undisturbed environment and much close to saturation conditions. The Raman LIDAR has the advantage of being able to obtain the profile of water vapor and aerosol backscatter at the same atmospheric volume and no a priori assumption of the LIDAR ratio. This study aims to evaluate the hygroscopic growth of urban particulate matter in Sao Paulo, Brazil, and Washington, DC, United States during the NASA-Discover-AQ campaign using the technique Raman LIDAR, getting the growth factor by hygroscopicity . Although the methodology - which is based on determination of a well-mixed atmosphere using radiosonde - have already been described in the literature, this work adds important information, since they do not have other news with multiple cases extensive studies made with the LIDAR Raman hygroscopicity for evaluation in the United States, and is the first time that this study is done in São Paulo, as a result of three years of data acquisition. The results show that it is possible to identify the hygroscopic growth of aerosol in both environments, whose detection depends on atmospheric conditions that are rarely present, making the study of hygroscopic properties with LIDAR a challenge that requires extensive data collection. Also, show that the determination of origin and the combined study of chemical properties of the population of aerosols would assist in the understanding of hygroscopic behavior.

A poluição atmosférica é hoje uma questão que afeta as megacidades por todo o mundo. As partículas de aerossol participam do balanço radiativo, da formação de nuvens, da química atmosférica, e são prejudiciais à saúde da população exposta. A extensão e o rápido crescimento das megacidades têm levado à necessidade do desenvolvimento de ferramentas para o monitoramento da poluição do ar, urbana e regional, por sensoriamento remoto via satélites. Foram analisadas as propriedades ópticas dos aerossóis da região metropolitana de São Paulo com medidas obtidas por fotômetros da rede mundial AERONET (Aerosol Robotic Network) operada pela NASA. Foi desenvolvida uma nova metodologia para a determinação da espessura óptica das partículas de aerossol com alta resolução espacial de 1x1 km, sobre a região metropolitana de São Paulo, por satélite. Cinco modelos ópticos de aerossol, representativos da região, foram definidos como função do albedo simples. No comprimento de onda de 550 nm, os modelos possuem valores de albedo simples que variam de 0,83 a 0,93. Foram utilizadas medidas de radiâncias obtidas com o sensor MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer), a bordo dos satélites Terra e Aqua da NASA. Extensos testes de sensibilidade foram realizados, analisando o papel do albedo simples, parâmetro de assimetria, refletância de superfície, vapor de água e outras propriedades na espessura óptica derivada. O algoritmo desenvolvido utiliza a propriedade de refletância crítica, que pode ser obtida pelo próprio sensor, para determinar o modelo de aerossol a ser empregado. Este procedimento permitiu a identificação mais precisa do modelo de aerossol, de forma dinâmica e interativa, reduzindo a incerteza na determinação da espessura óptica em alta resolução com o sensor MODIS. Os resultados de validação mostraram uma melhora significativa na comparação entre os produtos de espessura óptica obtidos com o sensor MODIS, quando comparado com as medidas de referência obtidas com radiômetros em superfície. Foram obtidos com esta metodologia mapas com a distribuição espacial de aerossóis com resolução de 1x1 km. Os estudos de casos também apresentaram a potencialidade do método em identificar o modelo de aerossol mais adequado, seja em eventos de poluição local, seja de transporte de poluentes de longa distância. Os modelos e procedimentos desenvolvidos podem ser aplicados a outras regiões urbanas, após as devidas validações. Como ferramenta complementar ao monitoramento ambiental de estações de superfície o produto apresentado pode-se tornar operacional e ser utilizado em rotina por órgãos de controle ambiental em megacidades, como, por exemplo, pela CETESB em São Paulo / Urban air pollution is a public concern in all megacities around the world. Aerosol particles are active participants in the atmospheric energy budget, cloud properties, atmospheric chemistry and have adverse effects on human health. The spatial extension and the high growth rate of the megacities show the need of the use of remote sensing technologies on urban air pollution monitoring. Optical properties of São Paulo aerosol particles were analyzed using global sun photometer measurements from the AERONET (Aerosol Robotic Network) operated by NASA. A new methodology was developed to retrieve aerosol optical thickness in 1x1 km resolution over São Paulo metropolitan area from satelites measurements. Five aerosol optical models representative of the region were defined as a function of the single scattering albedo. The single scattering albedo in 550 nm varied from 0,83 to 0,93 in the models. Radiances were used from MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) sensor on Terra and Aqua NASA platforms. Sensitivities studies have shown the importance of the single scattering albedo, assymmetry parameter, surface reflectance, water vapor and other properties in the aerosol optical thickness retrieval from space. The developed algorithm uses the critical reflectance aerosol property, that is obtainable from the sensor measurements, to identify the aerosol model to be used. This procedure allow a more precise and dynamic definition of the aerosol model, reducing the uncertainties in the aerosol optical thickness retrieved from the MODIS sensor. Validation results have shown a significant improvement in a comparison between aerosol optical thickness obtained from MODIS and from surface radiometers measurements. Aerosol optical thickness images with 1x1 km resolution were obtained with this methodology and shows that the increase in the resolution of the aerosol optical thickness provides a more effective monitoring of the aerosol distribution in São Paulo. The case studies have shown the potentiality of this methodology to identify an adequate aerosol model, for both local aerosol pollution and in the long distance transport of pollutants. The models and procedures developed in this work can be applied in other urban regions with the appropriate validation. The presented product can be operational and used as routine measurement by environmental agencies in megacities, as an example, for CETESB in São Paulo, as a complementary tool to the regular ground based particulate matter monitoring.

Foi avaliado quantitativamente o impacto que as atividades antropogênicas da cidade de Manaus causam na composição elementar dos aerossóis na Amazônia central. Para isso, foram amostrados aerossóis em três sítios experimentais entre 2014 e 2015: 1) ZF2, sítio com floresta preservada, 2) Hotel TIWA com impacto direto de emissões de Manaus e 3) Manacapuru sítio vento abaixo da cidade de Manaus. Dos filtros coletados obteve-se a concentração de diferentes componentes do material particulado (MP): Black Carbon Equivalente (BCe), elementos traço (Na até Pb), concentração de MP e carbono elementar e orgânico (EC e OC) separados em MP Fino (MPF, diâmetro menor que 2,5µm) e MP grosso (MPG, diâmetro entre 2,5µm e 10µm). A concentração média de MPF apresentou forte sazonalidade em todos os sítios com concentrações variando de 2,3±2,7µg/m³ para 5,5±2,7µg/m³ na ZF2 e 3,7±2,0µg/m³ para 11,0±7,6µg/m³ no TIWA na estação chuvosa e seca, respectivamente. Elementos traços associados a processos industriais e/ou veiculares apresentaram concentração média de aproximadamente 2 a 6 vezes maior no sítio TIWA que na ZF2. O balanço de massa indicou que entre 50% e 80% do MPF foi de matéria orgânica (MO), 15% a 20% foi de sulfato e de 8 a 20% de BCe. Comparações entre as concentrações de MO, indicaram aerossol mais envelhecido em Manacapuru. A aplicação da Análise de Componentes Principais Absoluta (ACPA) no MPF extraiu fatores regionais em todos os sítios: queima de biomassa, poeira mineral e aerossol marinho, além de fatores como poluição industrial e veicular nos sítios afetados pela pluma de Manaus. Além desses fatores encontrados pela ACPA, o método Positive Matrix Factorization (PMF) extraiu um fator biogênico no MPF e mais de um fator marinho para o MPG relacionados com o processamento do aerossol marinho. A concentração de MP extraído no TIWA para fatores diretamente relacionados com atividade antropogênica é em média de 905ng/m³ (MPF) e 1285ng/m³ (MPG). / This work quantitatively investigated the impact of anthropogenic emissions from Manaus City on the elemental composition of aerosol at Central Amazonia collecting particulate matter (PM) from 2014 to 2015 at ZF2, upwind of Manaus and TIWA and Manacapuru, downwind of Manaus. From the filters collected, different components of the PM were measured: equivalent Black Carbon (eBC), trace elements (Na to Pb), PM concentration and Elemental and Organic Carbon (EC and OC) with fine (FPM, diameter < 2.5um) and coarse (CPM, 2.5um < diameter < 10um) mode separated. At the dry season, FPM concentration was 5,5ug/m³ at ZF2 and 11,0ug/m³ at TIWA and for the CPM it was of 5,5ug/m³, 7,1ug/m³, respectively. During the wet season, reduction on the concentration of all sites at both modes was observed. Mass Balance Analysis showed that Organic Matter (OM) varied approximately from 50% to 80%, sulfate from 15% to 20% and eBC from 8% to 20% for the FPM. Comparisons between OM, obtained through spectrometry, and OC showed a more aged aerosol at Manacapuru than at TIWA. Absolute Principal Components Analysis (APCA) extracted three main factors at all sites for the FPM: biomass burning, marine aerosol and soil dust whilst PMF could also extract a biogenic factor. For the sites downwind of Manaus, factors related with anthropogenic emission were extracted. For the CPM three factors were identified at all sites: biogenic emission, soil dust and marine aerosol. PMF also found a second factor related with Cl depletion on marine aerosol. At the site TIWA both methods extracted a factor identified as pollution and PMF also found a factor related with vehicular emissions whilst at Manacapuru on APCA extracted a pollution factor. Direct anthropogenic emissions vehicular and pollution factors - at TIWA varies from 880ng/m³ (ACPA) to 930ng/m³ (PMF) in fine mode. In the coarse mode 790ng/m³ (APCA) to 1780ng/m³ (PMF).